詳解石墨烯在電子領域的優(yōu)劣

　　石墨烯具有許多創(chuàng)紀錄的出色性能，被譽為21世紀新材料。這使石墨烯的應用涉及廣泛領域，但在眾多應用中，石墨烯在電子領域的應用尤其值得關注。

　　根據2016 年年底美國的市場調研公司Grand ViewResearch 按產品、應用、地域和細分市場劃分，發(fā)布的《2014—2025 年石墨烯市場規(guī)模和趨勢的預測報告》，電子行業(yè)是石墨烯最受歡迎的應用領域。

　　據統(tǒng)計，2015 年，電子行業(yè)是石墨烯最大的應用市場，在石墨烯的各類應用市場中占據40%的份額，這歸結于消費電子不斷增長的需求，尤其是智能手機、平板電腦，已成為電子應用細分市場發(fā)展最大驅動力。本文將分析石墨烯性能優(yōu)勢、全球石墨烯專利分布現狀、世界電子行業(yè)巨頭在石墨烯電子領域的研發(fā)狀況，揭示了石墨烯在電子應用領域的發(fā)展?jié)撃?、當前面臨的挑戰(zhàn)，以及歐盟對石墨烯電子領域的發(fā)展預期。

　　一、石墨烯在電子領域的應用優(yōu)勢

　　科學界已證實，一個原子厚度石墨烯的諸多獨特性能，已打破材料王國多項記錄。石墨烯是世界上已知硬度最高的材料，幾乎完全透明，具有高達5300W/m·K 的熱導系數和高達1.5×104 cm2/Vs 的電子遷移度和出色的機械強度；像塑料一樣透明但性能好于塑料；導電、導熱好于任何金屬；具有不可滲透性，可用做防滲膜；具有化學惰性和穩(wěn)定性。這使之成為新一代透明導體的理想材料。

　　由于用于氧化銦錫（ITO）造價高昂，而且銦具有脆性，石墨烯成為可替代氧化銦錫理想材料，可用于顯示器和觸摸屏。將石墨烯電極用于顯示屏，有望帶來柔性、可折疊、摔不破的智能手機和其他可重塑形電子。

　　由于受到晶體管很難變得更加小型化的限制，目前用于集成電路的互補金屬氧化物（CMOS）技術正在快速達到其技術極限。由歐洲、日本、韓國、中國臺灣、美國等5個主要的芯片制造地區(qū)發(fā)起的國際半導體技術路線圖（ITRS），已將石墨烯列為后硅電子可能的替代材料。

　　一個原子厚度的石墨烯有望最終帶來顛覆性的新一代柔性電子器件。因為基于塑料或紙張的電子器件成本更為低廉。利用石墨烯制備一些無源器件，例如，電阻器、電容器和天線等，以及制備二極管或簡單的場效應晶體管，有望帶來可在無線網絡環(huán)境下運行的柔性電路。

　　利用石墨烯制成超薄、柔性電子有望進行模塊化集成，從而帶來超薄的移動器件。石墨烯超強承受機械應變性能，將使得超薄移動器件可折疊、堅不可破。通過在集成電路系統(tǒng)中引入一些基于石墨烯的全新功能，即通過引入分布式傳感器、制動器和控制器等，有望帶來家庭自動化、環(huán)境控制和辦公室自動化，使得生活更加美好、健康、舒適，也將為老年人、一線工人提供足夠的設施和安全保障。